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2023-155164エピタキシャルウェーハ及びその製造方法

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023155164

(43)【公開日】2023-10-20

(54)【発明の名称】エピタキシャルウェーハ及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

H01L 21/205 20060101AFI20231013BHJP

C30B 29/06 20060101ALI20231013BHJP

【ＦＩ】

H01L21/205

C30B29/06 504A

【審査請求】未請求

【請求項の数】31

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023031821

(22)【出願日】2023-03-02

(31)【優先権主張番号】63/329,199

(32)【優先日】2022-04-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】18/103,886

(32)【優先日】2023-01-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】302006854

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＭＣＯ

(74)【代理人】

【識別番号】110000486

【氏名又は名称】弁理士法人とこしえ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】和田直之

【テーマコード（参考）】

4G077

5F045

【Ｆターム（参考）】

4G077AA03

4G077AB02

4G077AB10

4G077BA04

4G077DB05

4G077EG14

4G077HA06

5F045AA03

5F045AB02

5F045AC05

5F045AC19

5F045AD15

5F045AF03

5F045AF13

5F045BB02

5F045DA67

5F045DP04

5F045DP28

5F045EK12

5F045EK13

5F045EK14

(57)【要約】（修正有）

【課題】改善された平坦性、均一性を有するエピタキシャルウェーハ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】一の主面を有するシリコン基板８０２と、一の主面に形成されたエピタキシャル層と、を含み、エピタキシャル層の厚さが０．３μｍ～１．０μｍであり、厚さのばらつきが１％以下であるエピタキシャルウェーハの製造方法であって、エピタキシャル反応炉のサセプタ８０４にシリコン基板を配置し、回転速度（Ｄ）にて前記サセプタを回転させ、前記エピタキシャル反応炉に原料ガスを導入し、前記シリコン基板に所望の厚さ（Ｂ）のエピタキシャル層を成長速度（Ａ）で成長させる。前記原料ガスは、Ｃ＝Ｂ／Ａを満たす成長時間（Ｃ）の間に供給され、前記回転速度（Ｄ）は、前記サセプタが、Ｄ＝Ｅ／Ｃの関係に基づく整数の回転回数（Ｅ）で回転できる２２～７０ｒｐｍの範囲から選択される。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

一の主面を有するシリコン基板と、
前記一の主面に形成されたエピタキシャル層と、を含み、
前記エピタキシャル層は、厚さが０．３μｍ～１．０μｍであり、厚さのばらつきが１％以下であるエピタキシャルウェーハ。

【請求項2】

最大ＥＳＦＱＲが、１１．３ｎｍ以下である請求項１に記載のエピタキシャルウェーハ。

【請求項3】

前記最大ＥＳＦＱＲは、１ｍｍ～２ｍｍのエッジ除外領域にて決定される請求項２に記載のエピタキシャルウェーハ。

【請求項4】

前記一の主面の面取り幅が、１５０μｍ～４５０μｍである請求項１に記載のエピタキシャルウェーハ。

【請求項5】

前記シリコン基板は、転位クラスタ及びＣＯＰ欠陥を実質的に含まない請求項１に記載のエピタキシャルウェーハ。

【請求項6】

前記シリコン基板は、最大断面幅が１１０ｎｍ以上のＣＯＰ欠陥を実質的に含まない請求項１に記載のエピタキシャルウェーハ。

【請求項7】

前記シリコン基板は、窒素を含む請求項６に記載のエピタキシャルウェーハ。

【請求項8】

前記シリコン基板は、Ｚ軸に沿って成長する｛１１０｝面を形成する結晶から切り出され、
前記シリコン基板は、前記Ｚ軸に直交するＸ-Ｙ平面を形成し、
前記Ｘ-Ｙ平面は、＜１００＞方向のＸ軸と＜１１０＞方向のＹ軸とを含み、
前記シリコン基板は、前記Ｙ軸に対して前記Ｘ-Ｙ平面を回転させた傾斜角で切断される請求項１に記載のエピタキシャルウェーハ。

【請求項9】

前記傾斜角は、０．１～１．２度である請求項８に記載のエピタキシャルウェーハ。

【請求項10】

前記エピタキシャル層のヘイズレベルが、１．２０ｐｐｍ以下である請求項９に記載のエピタキシャルウェーハ。

【請求項11】

前記厚さのばらつきは、前記エピタキシャルウェーハの外縁から１０ｍｍ以上内側の、前記エピタキシャル層の２つの対称点における厚さの差の百分率である請求項１に記載のエピタキシャルウェーハ。

【請求項12】

エピタキシャル反応炉のサセプタにシリコン基板を配置し、
回転速度（Ｄ）にて前記サセプタを回転させ、
前記エピタキシャル反応炉に原料ガスを導入し、前記シリコン基板に所望の厚さ（Ｂ）のエピタキシャル層を成長速度（Ａ）で成長させるエピタキシャルウェーハの製造方法において、
前記原料ガスは、Ｃ＝Ｂ／Ａを満たす成長時間（Ｃ）の間に供給され、
前記回転速度（Ｄ）は、前記サセプタが、Ｄ＝Ｅ／Ｃの関係に基づく整数の回転回数（Ｅ）で回転できる２２～７０ｒｐｍの範囲から選択されるエピタキシャルウェーハの製造方法。

【請求項13】

一の主面を有するシリコン基板と、
前記一の主面に形成されたエピタキシャル層と、を含み、
前記エピタキシャル層は、厚さが０．３μｍ～１．０μｍであり、厚さの均一度が１％以下であるエピタキシャルウェーハ。

【請求項14】

最大ＥＳＦＱＲが、１１．３ｎｍ以下である請求項１３に記載のエピタキシャルウェーハ。

【請求項15】

前記最大ＥＳＦＱＲは、１ｍｍ～２ｍｍのエッジ除外領域にて決定される請求項１４に記載のエピタキシャルウェーハ。

【請求項16】

前記一の主面の面取り幅が、１５０μｍ～４５０μｍである請求項１３に記載のエピタキシャルウェーハ。

【請求項17】

前記シリコン基板は、転位クラスタ及びＣＯＰ欠陥を実質的に含まない請求項１３に記載のエピタキシャルウェーハ。

【請求項18】

前記シリコン基板は、最大断面幅が１１０ｎｍ以上のＣＯＰ欠陥を実質的に含まない請求項１３に記載のエピタキシャルウェーハ。

【請求項19】

前記シリコン基板は、窒素を含む請求項１８に記載のエピタキシャルウェーハ。

【請求項20】

前記シリコン基板は、Ｚ軸に沿って成長する｛１１０｝面を形成する結晶から切り出され、
前記シリコン基板は、前記Ｚ軸に直交するＸ-Ｙ平面を形成し、
前記Ｘ-Ｙ平面は、＜１００＞方向のＸ軸と＜１１０＞方向のＹ軸とを含み、
前記シリコン基板は、前記Ｙ軸に対して前記Ｘ-Ｙ平面を回転させた傾斜角で切断される請求項１３に記載のエピタキシャルウェーハ。

【請求項21】

前記傾斜角は、０．１～１．２度である請求項２０に記載のエピタキシャルウェーハ。

【請求項22】

前記エピタキシャル層のヘイズレベルが、１．２０ｐｐｍ以下である請求項２１に記載のエピタキシャルウェーハ。

【請求項23】

前記厚さの均一度は、前記エピタキシャルウェーハの外縁から１０ｍｍ以上内側の、前記エピタキシャル層の２対の対称点における厚さの差の百分率である請求項１３に記載のエピタキシャルウェーハ。

【請求項24】

一の主面を有するシリコン基板と、
前記一の主面に形成されたエピタキシャル層と、を含み、
前記エピタキシャル層は、厚さが０．３μｍ～１．０μｍであり、厚さのばらつきが１％以下であり、
前記シリコン基板は、＜１１０＞方向の第１ベクトルに対して垂直に成長した結晶から切り出され、
前記シリコン基板は、前記第１ベクトルと法線ベクトルとの間に傾斜角が形成されるように、前記法線ベクトルに直交するエピタキシャルウェーハ。

【請求項25】

前記傾斜角は、０．１～１．２度である請求項２４に記載のエピタキシャルウェーハ。

【請求項26】

前記第１ベクトルは、＜１１０＞方向の第２ベクトルに直交し、
前記第２ベクトルは、前記シリコン基板の半径方向に沿う請求項２４に記載のエピタキシャルウェーハ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エピタキシャルウェーハ及びエピタキシャルウェーハの製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

図１Ａに示すように、フィン電界効果トランジスタ（ｆｉｎＦＥＴ）は、３次元のフィン１０２を有し、それぞれが、３つの側面でゲート１０４と接続するチャネルとなる。この構造は、従来の金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）に比べ、漏れ電流を低減する効果を有する。しかし、デザインルールによって半導体デバイスの高密度化が求められるため、トランジスタのチャネル長が短くなり、フィン電界効果トランジスタの垂直フィンチャネルによって提供されるゲートとの３面コンタクトであっても、リーク電流が発生し易くなる。図１Ｂに示すような全周ゲート（ＧＡＡ）電界効果トランジスタでは、チャネル１０６は、シリコンウェーハ１０８の表面上に積層され、ゲート１１０は、チャネルの４つの側面のすべてを囲む。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

このようなチャネル１０６は、シリコンウェーハ１０８の上に積層されるため、シリコンウェーハ１０８の表面１１２は、より改善された平坦性及び均一性を有することが求められる。

【0004】

本発明が解決しようとする課題は、より改善された平坦性及び均一性を有するエピタキシャルウェーハ及びその製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は、全周ゲート電界効果トランジスタ（ＧＡＡＦＥＴ）を使用するデバイスに有用な特定のエピタキシャルウェーハに関する。本発明の非常に薄いエピタキシャル層は、厚さのばらつき（厚さの変動量）が非常に小さいか又は全くない、平坦で滑らかな表面を提供する。

【0006】

本発明の第１の態様は、一の主面（上面）を有するシリコン基板と、下側にあるシリコン基板のプロセス誘起欠陥（ＰＩＤ）により引き起こされる表面の不規則性によって実質的に影響を受けない、前記一の主面に形成された薄いエピタキシャル層と、を含む。

【0007】

本発明の第２の態様は、エピタキシャルウェーハのエッジサイト平坦度（すなわち、最大ＥＳＦＱＲ）を改善し、これによりエピタキシャルウェーハの表面全体の平坦度を改善することに関する。

【0008】

本発明の第３の態様は、１ｍｍ～２ｍｍのエッジ除外領域おいて優れた最大ＥＳＦＱＲを含む。

【0009】

本発明の第４の態様は、面取り幅が１５０μｍ～４５０μｍの範囲にあることを含む。

【0010】

本発明の第５の態様は、シリコン基板が転位クラスタ及びＣＯＰ欠陥を含まない。

【0011】

本発明の第６の態様は、１１０ｎｍ以上の最大断面幅を有するＣＯＰ欠陥を含まないシリコン基板を含む。

【0012】

本発明の第７の態様は、窒素を含有するシリコン基板を含む。

【0013】

本発明の第８の態様は、｛１１０｝面の結晶から傾斜角０．１～１．２度で切り出されたシリコン基板を含む。

【0014】

本発明の第９の態様は、エピタキシャル層のヘイズレベルが１．２０ｐｐｍ以下であることを含む。

【0015】

本発明の第１０の態様は、厚さのばらつき及び厚さの均一度が共に１．０％以下であるエピタキシャル層を含む。

【0016】

本発明の第１１の態様は、エピタキシャル反応炉内のサセプタにシリコン基板を配置し、回転速度（Ｄ）にて前記サセプタを回転させ、前記エピタキシャル反応炉に原料ガスを導入し、前記シリコン基板に所望の厚さ（Ｂ）のエピタキシャル層を成長速度（Ａ）で成長させるエピタキシャルウェーハの製造方法において、前記原料ガスは、Ｃ＝Ｂ／Ａを満たす成長時間（Ｃ）で供給され、前記回転速度（Ｄ）は、前記サセプタが、Ｄ＝Ｅ／Ｃの関係に基づく厳密な整数回転回数（Ｅ）で回転できる２２～７０ｒｐｍの範囲から選択されるエピタキシャルウェーハの製造方法を含む。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1A】フィンＦＥＴデバイスを示す全体図である。

【図1B】ＧＡＡＦＥＴデバイスを示す全体図である。

【図2A】ウェーハのＥＳＦＱＲを決定する方法を示す図である。

【図2B】ウェーハのＥＳＦＱＲを決定する方法を示す図である。

【図3】ミラー指数によって定義される立方晶を示す図である。

【図4】エピタキシャル層の膜厚のばらつきを算出するための測定原理を示す図である。

【図5】エピタキシャル層の膜厚の均一度を算出するための測定原理を示す図である。

【図6A】本発明の一実施形態による傾斜角を有するシリコン基板の製造方法を示す図である。

【図6B】図６Ａの傾斜面から切断されたシリコン基板を分離して示す図である。

【図7A】＜１１０＞結晶方位（Ｙ軸に沿う）の基準ノッチを示す図である。

【図7B】＜１００＞結晶方位（Ｘ軸に沿う）の基準ノッチを示す図である。

【図8】本発明の一実施形態によるエピタキシャルウェーハの製造方法を示す図である。

【図9】ウェーハの短い面取り幅と長い面取り幅の一例を示す断面図である。

【図10A】本発明の実施形態による薄いエピタキシャル層を有する好ましいエピタキシャルウェーハを示す断面図である。

【図10B】本発明の実施形態による薄いエピタキシャル層を有する好ましいエピタキシャルウェーハを示す断面図である。

【図10C】より厚いエピタキシャル層を有する従来のエピタキシャルウェーハを示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本明細書に示される詳細は、例として、本開示の例示的な特徴の例示的な議論のみを目的とし、例示的な特徴の原理および概念的側面の最も有用で容易に理解される説明であると考えられるものを示すために提示されている。この点に関し、一例の構成の構造上の詳細は、その基本的な理解に必要な範囲に留め、これ以上詳細に示すことはしていない。図面を用いた説明は、当業者に、例示的な特徴の形態が実際にどのように具現化され得るかを明らかにする。

【0019】

「約～」又は「実質的に～」という用語が、数値に関連して本明細書で使用される場合、当該関連する数値は、記載された数値の周囲±１０％の公差を含むことを意図するものとする。さらに、本明細書でパーセンテージに言及する場合、それらのパーセンテージは重量に基づく、すなわち重量パーセンテージであることを意図するものとする。「最大」という表現は、ゼロから表現された上限までの量、およびその間のすべての値を含む。範囲が指定されている場合、範囲にはその間のすべての値が含まれるものとする（０．１％の増分など）。さらに、「概ね」及び「実質的に」という用語が、幾何学的形状に関連して使用される場合、幾何学的形状の正確さは要求されないが、形状の自由度は開示の範囲内であることを意図するものとする。

【0020】

図面において、層および領域の寸法は、説明を明確にするために誇張されている場合がある。図面に付した同じ参照番号は、図面の全体を通して同様の要素を指す。また、明細書全体を通して同じ参照番号は同じ構成要素を示す。「下に」や「上に」など、空間的に相対的な用語は、説明を容易にするために、ある要素又は構成と別の要素又は図に示されている構成との関係を説明するために本明細書で使用される場合がある。空間的に相対的な用語は、図に示される向きに加えて、使用中または動作中のデバイスのさまざまな向きを包含することを意図する。例えば、図中の装置をひっくり返すと、他の要素または特徴の「下」または「下」と記載された要素は、他の要素または構成の「上」となる。したがって、「下」という用語例は、上方向および下方向の両方を包含する。装置は別の方向に向けられてもよく（９０度回転又は他の方向に）、本明細書で使用される空間的に相対的な記述語は、それに応じて解釈される。

【0021】

例示的な構成は、例示的な構成の理想化された構成（および中間構造）の概略図である断面図を参照して、本明細書で説明する。したがって、例えば、製造技術及び／又は許容範囲の結果としての図の形状からの変動が予想される。したがって、例示的な構成は、本明細書に示される領域の特定の形状に限定されると解釈すべきではなく、例えば製造に起因する形状の偏差を含むべきである。図に示される領域は本質的に概略的であり、それらの形状は、材料の領域の実際の形状を示すことを意図せず、例示的な構成の範囲を限定することを意図しない。

【0022】

本発明は、全周ゲート電界効果トランジスタ（ＧＡＡＦＥＴ）を使用するデバイスに有用な特定のエピタキシャルウェーハに関する。本発明の非常に薄いエピタキシャル層は、厚さのバラツキ（ウェーハ内における厚さの変動）が非常に小さいか又は全くない、平坦で滑らかな表面を提供する。シリコン基板の上面に形成された薄いエピタキシャル層は、その下のシリコン基板の上面のプロセス誘起欠陥（ＰＩＤ）によって引き起こされる表面の不規則性によって実質的に影響を受けない。

【0023】

本発明のエピタキシャル層の好ましい厚さは、０．３μｍ～１．０μｍの範囲である。好ましくは、本発明のエピタキシャルウェーハは、約０．５μｍのエピタキシャル層の厚さを有する。

【0024】

本発明の重要な側面の１つは、ウェーハの全体的な平坦度に関連するＥＳＦＱＲ（ＥｄｇｅＳｉｔｅＦｒｏｎｔｓｉｄｅｌｅａｓｔｓＱｕａｒｅｓＲａｎｇｅ）を含むことにある。ＥＳＦＱＲは、ウェーハのエッジ付近の分析特性であり、ウェーハ全体の平坦度に影響する。これに対し、ＳＦＱＲ（ＳｉｔｅＦｒｏｎｔｓｉｄｅｌｅａｓｔｓＱｕａｒｅｓＲａｎｇｅ）は、ウェーハ表面全体に沿った平坦度を小さなセグメントで測定したものである。ＥＳＦＱＲは、ウェーハの周縁部に形成される扇形領域内のＳＦＱＲを測定して求めた平坦度を表す指標である。ＥＳＦＱＲが小さいほど平坦性が高いことを示す。ＥＳＦＱＲ及びＳＦＱＲは、ＳＥＭＩ規格（Ｍ１，Ｍ６７，またはＭ１５３０）に従ってウェーハの平坦度を測定するための指標である。ＥＳＦＱＲは、ＫＬＡ－ＴｅｎｃｏｒＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＷＡＦＥＲＳＩＧＨＴ２などの平坦度測定システムを使用して決定することができる。

【0025】

ウェーハのＥＳＦＱＲは、図２Ａ及び図２Ｂに示すように決定することができる。図２Ａでは、３００ｍｍウェーハ２０２が７２個のセクタ又はサイト２０４に分割され、各サイトは５度の円弧を有し、各サイトは１ｍｍのエッジ除外領域２０６を有する。セクタ又はサイトの長さは１５ｍｍである。ここで、エッジ除外領域は任意に選択され、１ｍｍ～２ｍｍであってもよい。この場合、「最大ＥＳＦＱＲ」とは、７２サイトの中で決定された最大のＥＳＦＱＲ値を意味する。

【0026】

図２Ｂに示すように、サイト２０４の最大値αは、最小二乗サイト基準面２０８からの最大高さとして決定され、最小値βは、最小二乗サイト基準面２０８より下の最小値として決定される。数学的にいうとＥＳＦＱＲは、エッジサイトにおける最小二乗サイト基準面２０８からの最大範囲の絶対値、又はＥＳＦＱＲ＝｜α｜＋｜β｜である。

【0027】

好ましくは、本発明の実施形態の最大ＥＳＦＱＲは、ウェーハのエッジから約１ｍｍのエッジ除外領域２０６（エッジから約１ｍｍの領域を除外し、それより内側の領域の意）において、１１．３ｎｍ以下である。

【0028】

基本的な結晶面と結晶方向の命名法において、ミラー指数は、単位格子に基づく、結晶の３次元座標系である。このような座標系では、方向又は平面を示すことができ、（ｈｋｌ）と表記される。図３に示すように、立方晶３０２のミラー指数の例には、［１１１］、格子の対角線３０４、［１１０］、面の対角線３０６、（１００）、面の平面３０８が含まれる。ｈｋｌを囲む括弧には特定の意味があり、［ｈｋｌ］は方向を表し、＜ｈｋｌ＞は方向の集合を表し、（ｈｋｌ）は平面を表し、｛ｈｋｌ｝は面の集合を表す。立方シリコン格子を有するシリコン結晶は、その種結晶、すなわち｛ｈｋｌ｝面を有するシリコン結晶によって決定される平面の等価集合に従って定義することができる。この点に関し、溶融シリコンから結晶を引き上げて｛１００｝面又は｛１１０｝面のいずれかを成長させる場合、最初に異なる種結晶を選択することにより｛１００｝面又は｛１１０｝面のいずれかを成長させることができる。｛１１０｝面と｛１００｝面、＜１１０＞と＜１００＞の結晶方位の決定、および関連するウェーハ切断技術は、たとえば米国特許番号８，１５２，９１９および５，９０４，１３６に示されるように、当技術分野では公知である。

【0029】

表１及び表２は、エピタキシャル層の厚さがＥＳＦＱＲにどのように影響するかを示している。表１は、｛１００｝面のシリコン基板と０．３μｍ～２．０μｍの範囲のエピタキシャル層の厚さを使用したエピタキシャルウェーハからの測定値をまとめたものである。表２は、｛１１０｝面のシリコン基板を使用し、エピタキシャル層の厚さが０．３μｍ～２．０μｍの範囲のエピタキシャルウェーハからの測定値をまとめたものである。

【0030】

【表1】

【0031】

【表2】

【0032】

表１及び表２は、エピタキシャル層の厚さの好ましい範囲が、０．３μｍ～１．０μｍであることを示している。ここに示されているように、このような範囲は、｛１００｝基板及び｛１１０｝基板の両方において、最大ＥＳＦＱＲを１１．１ｎｍ以下に維持する。

【0033】

本発明の別の態様は、エピタキシャル層の厚さのばらつきを改善することに関する。本発明のさらに別の態様は、エピタキシャル層の厚さの均一度に関する。エピタキシャル層の厚さのばらつきの測定原理を図４に示す。

【0034】

図４に示すように、エピタキシャル層の厚さのばらつき［％］は、｛｜Ａ－Ｂ｜／（Ａ＋Ｂ）｝×１００のように計算できる。ここで、ＡとＢは、ウェーハのエッジから１０ｍｍ内側のエピタキシャル層の任意の２つの測定された厚さである。ただし、図４に示すように、ＡとＢは中心に対して対称な点である。本発明のエピタキシャル層の厚さのばらつきは、１．０％以下であることが好ましい。

【0035】

同様に、図５に示すように、本発明のエピタキシャル層の厚さの均一度［％］は、｛（Ｍａｘ－Ｍｉｎ）／（Ｍａｘ＋Ｍｉｎ）｝×１００として計算できる。ここで、「Ｍａｘ」および「Ｍｉｎ」は、ウェーハのエッジから１０ｍｍ以上内側の任意の４つの対称点（つまり、２対の対称点）およびエピタキシャル層の中心におけるエピタキシャル層５０２の最大および最小の厚さである。本発明のエピタキシャル層の厚さの均一度は、１．０％以下であることが好ましい。

【0036】

本発明のエピタキシャル層の厚さのばらつき及び厚さの均一度は、特定の製造方法によって達成することができる。特に、本発明による、表面上にエピタキシャル層が成長される好ましいシリコン基板は、±０．１～１．２度の傾斜角で｛１１０｝面から切り出されたシリコン基板である。好ましくは、そのような傾斜角は、Ｘ-Ｙ平面内で、Ｙ軸（傾斜方向）に対して｛１１０｝面を回転させることによって達成され得る。この構成を図６Ａに示し、以下にさらに説明する。

【0037】

図６Ａは、Ｚ軸６０４に沿って垂直に引っ張られた単結晶シリコンインゴット６０２を示す。同図から理解できるように、図６Ａに示される各軸は、結晶構造に関して以下の方向を表す。Ｚ軸６０４は、結晶の引き上げ方向と一致する＜１１０＞方向である。Ｙ軸６０６は、Ｚ軸に対して垂直（直角）な平面における別の＜１１０＞方向である。Ｘ軸６０８は、Ｚ軸に直交する平面内で＜１００＞方向である。

【0038】

シリコン基板に＜１１０＞方向にノッチがある場合、Ｙ軸は、図７Ａに示すようにノッチからシリコン基板の中心を通る直線となる。これに対し、シリコン基板の＜１００＞方向にノッチがある場合、Ｙ軸は、図７Ｂに示すように、ノッチからシリコン基板の中心を通る別の直線と直交する直線となる。

【0039】

図６Ａに戻り、Ｘ´軸６１０は、Ｙ軸を中心に回転したＸ軸である。傾斜角θ６１２は、Ｘ軸とＸ´軸との間の角度である。正と負の両方の傾斜角は、同じシリコン基板を表す。

【0040】

本発明の｛１１０｝シリコン基板は、本明細書ではそれぞれ「傾斜角」６１２および「傾斜方向」６１４と呼ばれる特定の方向の角度で切断される。図６Ａに示すように、たとえば３次元軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸）に設定された結晶からの｛１１０｝シリコン基板を考えてみる。結晶成長の方向がＺ軸に沿って設定されている場合（＜１１０＞方向）、結晶から切り出されたシリコン基板は、Ｚ軸に直交するＸ－Ｙ平面にある。ここで、Ｘ軸は＜１００＞方向に、Ｙ軸は＜１１０＞方向に整列する。このような構成では、傾斜角度及び傾斜方向とは、このようなＸ-Ｙ平面をＹ軸に対して（いずれかの方向に）小さな角変位だけ回転させることを意味する。このような回転面は、本明細書では「傾斜面」６１６と称し、したがって、傾斜角で切断されたシリコン基板は傾斜面にある。好ましくは、傾斜角は０．１度～１．２度の範囲である。

【0041】

図６Ｂは、図６Ａに示す傾斜面６１６から切断されたシリコン基板の分離図である。ここで、法線ベクトル６１８は、そのような傾斜面６１６に直交する（すなわち、シリコン基板の表面に直交する）ものであり、傾斜角θ６１２は、法線ベクトル６１８と＜１１０＞方向の第１ベクトル６２０との間の角度である。第１ベクトル６２０は結晶引上げの方向である。第１ベクトル６２０は、傾斜面６１６内のシリコン基板の半径方向に延在する第２ベクトル６２２に対して、やはり＜１１０＞方向で直交する。さらに、＜１００＞方向の第３ベクトル６２４は、第２ベクトル６２２に直交する。また、図６Ｂに示すように、第４ベクトル６２６は法線ベクトル６１８に直交し、第３ベクトル６２４と第４ベクトル６２６との間の角度は、再び傾斜角度θ６１２を構成する。図６Ｂは、さらに第２ベクトル６２２および第４ベクトル６２６が傾斜面６１６にあることを示している。｛１１０｝面のウェーハ（シリコン基板）が与えられた場合、Ｘ線回折によって、第１ベクトルと法線ベクトル６１８を含むこれらのベクトルを決定することができるため、傾斜角θ６１２を決定することができる。

【0042】

｛１１０｝面で結晶を成長させることは正攻法ではないことに注意すべきである。例えば、結晶成長の初期段階で転位欠陥を防止するために、結晶配向のわずかなずれが必要になる場合がある。結果として得られるシリコン基板が｛１１０｝面で期待される電気的特性を示す場合、そのような小さな偏差は、許容範囲内になる。そして、得られるシリコン基板が、多かれ少なかれ｛１１０｝面の期待される電気的特性を示す場合、当業者は、そのような小さな偏差で成長した結晶が、それでも｛１１０｝結晶であることを理解することができる。

【0043】

｛１１０｝面のシリコン基板は、｛１００｝面の基板と比較して、改善された正孔移動度を示すが、ヘイズレベルが高くなり表面が粗くなる。したがって、正孔移動度が向上した｛１１０｝ウェーハは、前記ＧＡＡＦＥＴの用途に特に有用であるはずである。しかしながら、従来の｛１１０｝基板のみを使用することは、表面粗さと高いヘイズレベルの点で許容することはできない。本発明の別の態様では、シリコン基板は、｛１１０｝面の結晶から±０．１～１．２度の傾斜角で切り出され、このような傾斜角は、Ｘ-Ｙ平面内においてＹ軸に対して｛１１０｝面を回転させることによって達成される。

【0044】

このような本発明の傾斜角は、従来の｛１１０｝シリコン基板から得ることが困難であった所望のヘイズレベル及び所望のレベルの表面粗さを維持するのに適している。したがって、本発明の好ましい実施形態のように、傾斜角で｛１１０｝面からシリコン基板を提供することにより、表面粗さ又はヘイズレベルを妥協することなく、より大きなキャリア移動度が得られる。本発明のエピタキシャル層のヘイズレベルは１．２ｐｐｍ以下であることが好ましい。ヘイズレベルは、ＫＬＡ－Ｔｅｎｃｏｒ製ＳＵＲＦＳＣＡＮＳＰ２のＤＷＯモードを用いて測定することができる。

【0045】

図７Ａ及び図７Ｂは、｛１１０｝ウェーハ上に基準ノッチを形成する方法を示す。図７Ａは、Ｙ軸の端、すなわち＜１１０＞結晶方位におけるノッチ７０２を示す。図７Ｂは、Ｘ軸の端、すなわち＜１００＞結晶方位におけるノッチ７０４を示す。

【0046】

表３は、エピタキシャル層の厚さ及び傾斜角が異なる様々なエピタキシャルウェーハのヘイズレベル測定値（ｐｐｍ）を示し、各ウェーハは｛１１０｝シリコン基板を有する。

【0047】

【表3】

【0048】

表３は、０．１度から１．２度の間の傾斜角にすると、エピタキシャル層の薄い範囲の厚さに対して０．８８ｐｐｍ以下の低いヘイズレベルになることを示している。

【0049】

本発明の一実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造方法は以下のとおりである。図８に示されるように、シリコン基板８０２は、サセプタ８０４の上に配置され、この反応チャンバ内で回転する。ガス入口８０６は、ＳｉＨＣｌ_３などのシリコン原料ガス８０８及びＨ_２などのキャリアガスを受け取る。Ｂ_２Ｈ_６などのドーパントガスも、ガス入口８０６を通して導入することができる。シリコン基板８０２は、上下から加熱され、エピタキシャル層の成長のためにシリコン原料ガスに曝される。ドーパントは、シリコン原料ガス８０８に含まれ、キャリアガスによって運ばれる。サセプタ８０４は、シリコン基板８０２上にエピタキシャル層が成長している間、回転する。

【0050】

キャリアガスの流量は、通常、毎分３０～１００標準リットル（ＳＬＭ：standard liters per minute）である。シリコン原料ガスの流量は、一般的に３～２０ＳＬＭである。成長温度は、通常１１００℃～１１７５℃の間で固定される。エピタキシャル層の成長時間は、０．１～１．０分である。サセプタ８０４の回転速度は、好ましくは毎分２２～７０回転（ＲＰＭ）である。サセプタ８０４の回転速度が上記の好ましい下限（２２ＲＰＭ）よりも遅い場合、エッジまたはエッジ付近のエピタキシャル層の厚さが厚くなりすぎる傾向があることが確認されている。一方、サセプタ８０４の回転速度が上記好ましい上限（７０ＲＰＭ）よりも速いと、ウェーハ中央部のエピタキシャル層の厚さが厚くなりすぎる傾向がある。したがって、サセプタの回転速度を２２～７０ＲＰＭに設定し、エピタキシャル層の全体的な厚さの均一度を１．０％以下にすることが重要である。

【0051】

表４は、サセプタ８０４の回転速度がエピタキシャル層の厚さの均一度にどのように影響するかの結果を示している。この例では、｛１００｝面から切り出されたシリコン基板を反応チャンバに入れ、回転させて０．５μｍのエピタキシャル層を成長させた。サセプタ８０４は、２２～７０ＲＰＭの間で回転させた。

【0052】

【表4】

【0053】

表５は、サセプタ８０４の回転速度がエピタキシャル層の厚さの均一度にどのように影響するかの結果を再度示している。この例では、｛１１０｝面から傾斜角１．０度で切り出されたシリコン基板を反応チャンバ内に配置し、これを回転させて０．５μｍのエピタキシャル層を成長させた。サセプタ８０４は、２２～７０ＲＰＭの間で回転させた。

【0054】

【表5】

【0055】

表４及び表５に示されるように、エピタキシャル層の厚さの均一度は、｛１００｝及び｛１１０｝シリコン基板の両方のエピタキシャルウェーハについて、サセプタの回転速度を２２～７０ＲＰＭの範囲に設定することによって、１．０％以下に維持することができる。

【0056】

従来、エピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の成長は、ガス流量によって影響される成長速度と、特定の所望の厚さを達成するための反応時間によって制御されていた。本発明では、サセプタの回転回数（サセプタが何回回転したか）は、エピタキシャル層の所望の厚さに加えて、所望の厚さばらつきの達成を確実にするために、整数値である。本発明の一実施形態では、整数回転回数は、所望のレベルで次の推定を用いて決定することができる。すなわち、
エピタキシャル層の厚さ（Ｂ）＝０．５μｍ；
サセプタの回転速度（Ｄ）＝２５ｒｐｍ；
エピタキシャル成長速度（Ａ）＝２μｍ／分；
成長時間（Ｃ）＝未定；
整数回転回数（Ｅ）＝未定、とすると、Ｃ＝Ｂ／Ａ＝０．２５分となり、Ｅは、Ｄ＝Ｅ／Ｃ又はＥ＝Ｄ×Ｃ又は６．２５として計算できる。Ｅは６．２５、つまり６回転に最も近い整数となる。

【0057】

表６は、エピタキシャル層の厚さのバラツキに対する非整数回転回数と比較した整数回転回数だけサセプタを回転させる効果を示す。これらの実施例では、｛１００｝面から切り出されたシリコン基板と、０．５μｍの厚さのエピタキシャル層とを有するエピタキシャルウェーハが使用された。温度とガス流量は、２．０μｍ／分のエピタキシャル成長速度を達成するように設定された。実施例１及び実施例２のそれぞれにおいて、回転回数は上記のように整数値に調整された。エピタキシャル層の厚さのばらつきを測定し、記録した。比較例では、サセプタの回転回数が非整数値であることを除いて、条件は同一とした。

【0058】

【表6】

【0059】

表７は、サセプタを非整数回転回数と比較して整数回転回数だけ回転させた場合の、エピタキシャル層の厚さのばらつきへの影響を再度示している。これらの例では、｛１１０｝面から切り出されたシリコン基板と、厚さ０．５μｍのエピタキシャル層とを有するエピタキシャルウェーハが使用された。温度とガス流量は、２．０μｍ／分のエピタキシャル成長速度を達成するように設定された。実施例１及び実施例２のそれぞれにおいて、回転回数は上記のように整数値に調整された。エピタキシャル層の厚さのばらつきを測定し、記録した。比較例では、サセプタの回転回数が非整数値であることを除いて、条件は同一とした。

【0060】

【表7】

【0061】

表６及び表７の結果は、サセプタを整数回だけ回転させることが、エピタキシャル層の厚さのばらつきを十分に低い値に維持するために重要であることを示している。また、｛１００｝と｛１１０｝の両方のエピタキシャルウェーハが、エピタキシャル成長中にサセプタの回転回数を整数に設定することでメリットがあることも示している。

【0062】

さらに、表８は、サセプタを整数回だけ回転させることが、エピタキシャル層の様々な厚さのばらつきにどのように影響するかを示している。表８は、０．３、０．５、及び１．０μｍの３つの異なる厚さのエピタキシャル層を有する｛１００｝エピタキシャルウェーハの厚さのばらつきデータをまとめたものである。

【0063】

【表8】

【0064】

表９は、サセプタを整数回だけ回転させることが、エピタキシャル層の様々な厚さのばらつきにどのように影響するかを再度示している。表９は、０．３、０．５、および１．０μｍの３つの異なる厚さのエピタキシャル層を有する｛１１０｝エピタキシャルウェーハの厚さのばらつきデータをまとめたものである。

【0065】

【表9】

【0066】

表８及び表９の結果は、エピタキシャル層の厚さに関係なく、サセプタを整数回だけ回転させると、様々なウェーハタイプおよびエピタキシャル層の厚さに対して、厚さのばらつきが著しく低い値に保たれることを示している。

【0067】

本発明のエピタキシャルウェーハの別の態様は、シリコン基板の上面における好ましい面取り幅が１５０μｍ～４５０μｍの範囲にあることを含む。従来、エピタキシャルウェーハの面取り幅は、本発明の好ましい面取り幅よりも広くなる傾向があり、その結果、活性領域全体が小さくなる。図９に示されるように、本発明の好ましいエピタキシャルウェーハ９０２は、従来のエピタキシャルウェーハの従来の面取り幅９０８と比較して、エピタキシャル層９０４のより薄い厚さ及びより短い面取り幅９０６を含む。

【0068】

図９は、エピタキシャル層９１０の従来の厚さを点線で示す。通常、従来のエピタキシャル層の厚さは約２μｍである。これに対し、図９は、本発明のエピタキシャル層９０４（点線の下）の好ましい厚さをさらに示し、これは０．３～１．０μｍの範囲である。

【0069】

本発明のより短い面取り幅は、ＥＳＦＱＲをさらに改善する。表１０は、面取り幅がＥＳＦＱＲに与える影響を示す。この実験では、エピタキシャル層の厚さが０．３μｍ～２．０μｍの｛１００｝エピタキシャルウェーハを使用し、それぞれ１５０μｍ～５５０μｍの面取り幅について試験した。最大ＥＳＦＱＲは、ウェーハごとに異なる面取り幅で測定された。

【0070】

【表10】

【0071】

表１１は、面取り幅がＥＳＦＱＲに与える影響を再度示す。この実験では、エピタキシャル層の厚さが０．３μｍから２．０μｍの｛１１０｝エピタキシャルウェーハを使用し、それぞれ１５０μｍから５５０μｍの面取り幅について試験した。最大ＥＳＦＱＲは、ウェーハごとに異なる面取り幅で測定された。

【0072】

【表11】

【0073】

表１０及び表１１の結果は、１５０μｍ～４５０μｍの範囲の面取り幅が、所望の１１．１ｎｍ未満で最大ＥＳＦＱＲを提供することを示している。さらに重要なことに、このような面取り幅の範囲は、様々な厚さのエピタキシャル層（つまり、０．３～１．０μｍの範囲）のウェーハに対して許容可能な最大ＥＳＦＱＲを提供する。

【0074】

前述したように、本発明の非常に薄いエピタキシャル層は、厚さのばらつきが少ないか又は全くない平坦で滑らかな表面を提供し、シリコン基板の上面に形成されたそのような薄いエピタキシャル層は、下側のシリコン基板の上面のプロセス誘起欠陥（ＰＩＤ）など、シリコン基板によって引き起こされる表面の不規則性によって実質的に影響を受けない。それにも拘わらず、本発明は、１１０ｎｍ以上の最大断面幅を有するＣＯＰ欠陥を実質的に含まないシリコン基板を含むことが好ましい。本発明は、転位クラスタ及びＣＯＰ欠陥を実質的に含まないシリコン基板を含むことが特に好ましい。

【0075】

図１０Ａ及び図１０Ｂは、本発明の好ましいエピタキシャルウェーハを示す。図１０Ａは、シリコン基板１００２にＣＯＰ欠陥が実質的にない、０．３～１．０μｍの間の比較的薄いエピタキシャル層１００１を有するエピタキシャルウェーハを示す。図１０Ｂは、シリコン基板１００２に、断面幅が１１０ｎｍ未満のＣＯＰ欠陥１００５を有し、例えば、断面幅が１１０ｎｍ以上の、より大きなサイズのＣＯＰ欠陥を実質的に含まない比較的薄いエピタキシャル層１００１を示す。これに対し、図１０Ｃは、２～４μｍの間の望ましくない厚いエピタキシャル層１００３と、断面幅が１１０ｎｍ以上のＣＯＰ欠陥１００６とを有する従来のエピタキシャルウェーハを示す。

【0076】

本開示は、上述の特徴に限定されるものではなく、本開示の範囲から逸脱することなく、様々な変形および修正が可能であり得る。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図10C】

【手続補正書】

【提出日】2023-04-10

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】